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Fallas en Cables Peter Herpertz Gerente de producto, potencia En el primero de una serie de artículos sobre localización de fallas en cables, Peter Herpetz analiza la construcción de cables de potencia modernos y examina los tipos de fallas más comunes que los afectan.

La importancia de las pruebas en cables

La localización de fallas en cables de potencia es un área muy especial de la tecnología eléctrica, y los resultados obtenidos dependen mucho de buenos conocimientos y de logística. Una prelocalización exacta es la base para una localización de fallas rápida y confiable porque permite que los procedimientos de localización se realicen en un tramo corto del cable. Las pruebas en cables, los diagnósticos de fallas en cables y los análisis de descarga parcial serán cada vez más importantes a medida que el mantenimiento de redes de cables basado en las condiciones desplaza cada vez más al mantenimiento basado en eventos. Un buen conocimiento detallado de la red de cables, tipos de cables y sus accesorios simplifica mucho la evaluación de los resultados de pruebas y, en muchos casos, este conocimiento es un prerrequisito esencial para la toma de decisiones correctas. Los tipos de fallas en cables y los pasos necesarios para su localización y diagnóstico se encuentran entre las cosas más importantes que los técnicos deben conocer.

Construcción de cables de potencia

La función de los cables de potencia es la distribución de energía eléctrica, y esta es una función que deben cumplir de manera confiable y segura por largos periodos de tiempo. Se utilizan distintos tipos de cable dependiendo de la aplicación, el ambiente externo y las condiciones locales, tales como la presencia de agua subterránea y el tipo de los voltajes de tierra. Los cables con aislamiento impregnado como los PILC (aislamiento de papel con vaina de plomo, PILC por sus siglas en inglés) fueron ampliamente utilizados hasta fines de los 1960 y aún se encuentran en servicio en algunas áreas. Sin embargo, se ha reemplazado la mayoría de estos cables por otros con aislamiento de PVC (policloruro de vinilo), EPR (caucho etileno propileno), PR o XLPE (polietileno reticulado). Como resultado de estos cambios en el tipo de aislamiento utilizado, las fallas en cables y técnicas de pruebas en cables también han cambiado de manera considerable. Las secciones siguientes no pueden cubrir todos los tipos de cables, materiales de aislamiento y construcción de cables, de manera que se enfocan sobre las variantes más importantes. En muchos casos, primero se explican los detalles como una ayuda para la comprensión de terminología utilizada en las siguientes secciones de esta guía sobre localización de fallas en cables.

Capas semiconductoras (para voltajes nominales superiores a 6 kV) El objetivo de las capas semiconductoras es reducir la intensidad de los campos eléctricos dentro del cable y eliminar las descargas parciales. Las capas semiconductoras reducen los campos eléctricos que se desarrollan alrededor de los conductores y por lo tanto eliminan las potencialmente dañinas descargas asociadas a elevadas intensidades de campo eléctrico. En cables modernos, otro tipo de capa semiconductora se encuentra a veces integrada con la vaina/cubierta de aislamiento exterior. El propósito de este tipo de capa es simplificar la localización de fallas en vainas de cables instalados en ductos, donde no existe camino de retorno a través de la tierra para las corrientes de falla. Vaina/cubierta Protección/pantalla Semiconductor Aislamiento/dialéctico semiconductor interior Núcleo/conductor

La vaina metálica cumple con múltiples funciones. Impide la entrada de humedad al cable, provee un camino de conducción para corrientes de fuga y falla de tierra, permite ecualización del potencial y puede ser utilizado como conductor a tierra o como conductor neutral concéntrico. En cables con aplicaciones críticas o submarinas, se puede diseñar la vaina metálica para proporcionar una protección mecánica robusta.

Protección (para cables de medio y alto voltaje)

Falla de circuito abierto (falla en serie)

Las fallas de este tipo pueden ser de muy alta resistencia, incluso infinita si el conductor está completamente seccionado. Este tipo de falla es muy a menudo una combinación de resistencias en serie y en paralelo. Esto ocurre porque si el conductor está completamente cortado o separado en un empalme, no solo se produce un circuito completamente abierto sino que también permite la ocurrencia de cualquier tipo de descarga disruptiva. Si el conductor está quemado de manera parcial, este tipo de falla se denomina falla longitudinal.

Fallas de tierra y fallas de vaina

Estas son fallas entre la protección metálica y el suelo circundante para cables con aislamiento plástico, o entre el conductor y el suelo circundante para cables de bajo voltaje y con aislamiento plástico. Se debe tener mucho cuidado al utilizar elevados voltajes para probar o localizar este tipo de falla, dado que el voltaje descarga directo a la tierra, lo que constituye un riesgo de choque eléctrico para personas y animales.

La protección permite controlar los campos eléctricos, y también provee un camino de conducción para corrientes de fuga y falla de tierra.

Armadura

La armadura proporciona protección mecánica. Puede consistir de bandas de acero, alambre de acero plano, alambres de acero de sección circular, etc. En algunos casos, la armadura puede constar de varias capas diferentes.

Vaina plástica

La vaina plástica protege exteriormente el cable y usualmente consiste de PVC o de polietileno. Cuando se diagnostican y localizan fallas en cables, el procedimiento depende del tipo de falla del cable. Las fallas en cables generalmente se clasifican en las siguientes categorías:

Falla de conductor a conductor (falla en paralelo) El conductor es la parte del cable que transmite la corriente, usualmente de cobre electrolítico blando o de aluminio puro. El conductor puede presentar una sección redonda o en forma de sector y ser de uno o varios hilos.

Esta es una falla de muy alta resistencia y puede estar presente cuando se carga el cable. La descarga disruptiva típicamente ocurre a varios kV y de con mucha frecuencia se localiza en empalmes entre cables. El cable se comporta de la misma manera que una separación de arco, donde la distancia entre los electrodos determina el voltaje de ruptura. La resistencia de este tipo de falla es típicamente desde infinito hasta el voltaje de ruptura.

Vaina metálica

Fallas en cables

Conductor

Falla de destello (falla en paralelo)

Conexión no deseada entre dos o más conductores. La resistencia de la falla se puede encontrar en cualquier punto entre cero ohmios (baja resistencia) y varios megaohmios (alta resistencia).

Fallas por humedad o agua

En cables con varios núcleos, a menudo son afectados todos los conductores, pero las descargas disruptivas no siempre ocurren en el punto donde el agua ingresó al cable. En la posición de la falla ocurren cambios de impedancia. Dependiendo de la construcción del cable (por ejemplo, el tipo de sello longitudinal contra agua), estas fallas pueden ser confinadas en un punto o pueden extenderse a lo largo del cable. Las fallas por humedad o agua son las más difíciles de localizar. Tienen la tendencia de cambiar durante el procedimiento de localización de fallas, a menudo de manera considerable. Esto ocurre especialmente en los empalmes, donde la falla se vuelve muy resistiva luego de una o dos descargas, cuando el agua es expulsada del empalme y este se seca. Cuando esto ocurre, ya no se puede localizar la falla. Las fallas subacuáticas son otro tipo de falla por agua. En estas, la presión del agua evita la descarga efectiva de la falla cuando se aplica alto voltaje. Estas fallas pueden ser muy difíciles de localizar.

Aislamiento

El propósito del aislamiento es impedir el flujo de corriente entre los conductores en el cable, y entre los conductores y la cubierta metálica exterior del cable, la cual puede ser de armadura o una vaina de plomo. Los materiales de aislamiento típicos son: n 1

a 10 kV: papel impregnado con aceite (PILC), poli cloruro de vinilo (PVC). n 1 a 30 kV: papel impregnado con aceite (PILC), polietileno reticulado (XLPE), caucho etileno pro pileno (EPR). n Superior a 60 kV: papel con aceite o gas, polietileno reticulado (XLPE).

Falla de conductor a protección (falla en paralelo)

Conexión entre un conductor y la protección, o entre múltiples conductores y la protección. La resistencia de la falla se puede encontrar en cualquier punto entre cero ohmios (baja resistencia) y varios megaohmios (alta resistencia). La experiencia demuestra que la mayoría de las fallas se encuentra dentro de esta categoría.

CONCLUSIÓN Se debe hacer una clara distinción entre fallas por cortocircuito, resistivas y de alta resistencia, porque dicha distinción influye mucho sobre los procedimientos a seguir para la localización de fallas. Estos procedimientos serán descriptos en artículos futuros de esta serie.

Existen muchos otros tipos de aislamiento, además de estos materiales típicos.

SebaKMT Agosto 2013

Edición 1, para sudamérica, centro América y el Caribe

www.sebakmt.com


La Gaceta de Seba No. 1